【Linux】操作系统与冯诺依曼体系——深度解析（软硬件层面）

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前言

大家好吖，欢迎来到 YY 滴 Linux系列 ，热烈欢迎！ 本章主要内容面向接触过Linux的老铁，从软硬件层面向大家介绍操作系统与冯诺依曼体系，
主要内容含：

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文章目录

一.冯诺依曼体系（硬件层面）

1.CPU与输入输出设备

截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成

• 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等
• 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
• 输出单元：显示器，打印机等

中央处理器（cpu）又分成运算器与控制器

• 运算器：对我们的数据进行计算任务（算数运算，逻辑运算）
• 控制器：对我们的计算硬件流程进行一定的控制

各个硬件之间都是独立的个体！因此必须用“线”连接起来，分为系统总线与IO总线；

• 系统总线：CPU与内存之间交互的线
• IO总线：内存与输入输出设备之间交互的线

2.存储器

这里的存储器指的是【内存】，一句话总结此模块的要点

• 所有设备都只能直接和内存打交道 【不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)】 【外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取】
• 有时，我们进行工作时，默认显示的数据有时候会缓存起来，并未直接在屏幕上显现；用冯诺依曼体系解释就是数据就是先到存储器中的【内存】，还未直接交给输出设备
• 因此，当我们面对一个问题“一个程序要运行，为什么必须先加载到内存中运行？”，我们可以直接回答：因为冯诺依曼体系规定；

3.存储的分级

引入：手机中常说的“内存不足”其实指的是硬盘空间不足；用存储是分级的现象来解释，且看如图所示金字塔
即，硬盘/磁盘空间不足才是正确说法；

二.操作系统（软件层面）

1.操作系统概述

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合（软件），称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

• 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
• 其他程序（例如函数库，shell程序等等）

操作系统的作用主要有以下两点：（用户层这里主要指程序员）

• 通过帮助用户管理好软硬件资源【承上启下，实现交互；程序员通过操作系统来访问底层的硬件】
• 从而给用户提供一个良好（稳定，高效，安全）的运行环境

2.系统调用

引入：操作系统内部会有各种各样的数据，可是操作系统不相信任何用户， 于是其会将自己封装起来，并通过“提供接口”的方式给用户（程序员）提供调用的入口来获取操作系统内部的数据；

• 所有访问操作系统的行为，都只能通过系统调用完成！
• 系统调用：是操作系统提供的，用C语言实现的，自己内部的函数调用；
• 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统 调用进行适度封装，从而形成库（lib），有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。